基于高分辨率透射光谱的系外行星分子探测稳健性度量
地球与行星天体物理
2023-04-19 v1
摘要
地基高分辨率透射光谱已成为探测凌星系外行星大气中化学物质的一项有前景的技术。尽管已在若干系外行星上做出化学推断且此前有过稳健性研究，但用于从透射光谱中去除凌星和恒星特征的一种稳健且一致的去趋势方法尚未达成共识。在本工作中，我们研究了用于优化系外行星近红外高分辨率透射光谱中基于PCA去趋势的度量指标的稳健性。作为一个案例研究，我们考虑使用3.5米CAHA望远镜上的CARMENES光谱仪对热木星HD 189733 b的观测。我们确认，在噪声存在的情况下，为最大化交叉相关信号在优化行星速度处的信噪比（S/N）而优化去趋势参数，有可能使该处的探测显著性产生偏倚。然而，我们发现，利用信号注入交叉相关函数与直接交叉相关函数（CCF）之差进行优化，对噪声和伪信号的过度优化更为稳健。我们还检验了各阶对最终CCF贡献的加权方式以及S/N计算的稳健性。采用规定的稳健方法，我们确认了HD 189733 b大气中的H2O（S/N = 6.1）。随后我们研究了另两个案例——系外行星HD 209458 b和WASP-76 b，确认了WASP-76 b大气中的OH（S/N = 4.7），并展示了非稳健方法如何导致假阳性或膨胀的探测。我们的发现为利用近红外高分辨率透射光谱对系外行星大气进行同质表征的稳健框架铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2303.01496,
title = {Robustness Measures for Molecular Detections using High-Resolution Transmission Spectroscopy of Exoplanets},
author = {Connor J. Cheverall and Nikku Madhusudhan and Måns Holmberg},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.01496},
year = {2023}
}
备注
Accepted for publication in MNRAS